DE10257477B4

DE10257477B4 - Blitzlampe bildender Verbundkörper und Verfahren zum Herstellen eines eine Blitzlampe bildenden Verbundkörpers

Info

Publication number: DE10257477B4
Application number: DE10257477A
Authority: DE
Inventors: Ingo DÜNISCH
Original assignee: PerkinElmer Optoelectronics GmbH and Co KG
Current assignee: Xenon Technologies (Germany) De GmbH; Excelitas Technologies GmbH and Co KG
Priority date: 2002-12-09
Filing date: 2002-12-09
Publication date: 2010-09-02
Anticipated expiration: 2022-12-10
Also published as: DE10257477A1; US7955153B2; TWI324587B; WO2004052800A1; JP2011040397A; US7687996B2; US20060124694A1; CN101901736A; EP1569876A1; TW200427647A; JP2006519747A; CN1745045A; KR100788096B1; KR20050085475A; US20100136872A1

Abstract

Verbundkörper mit einem ersten Nutzteil (15) aus Glas und einer mechanischen Verbindung (20),
wobei der Verbundkörper eine Blitzlampe ist und wobei das erste Nutzteil ein Glasrohr ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Verbindung (20)
• unmittelbar an die Innenwand des Glasrohrs angeschmolzen ist,
• mindestens 99 Gew.-% Aluminium aufweist, und
• eine Öffnung an einem Ende des Glasrohrs verschließt.

Description

Die Erfindung betrifft einen eine Blitzlampe bildenden Verbundkörper sowie ein Verfahren zum Herstellen eines eine Blitzlampe bildenden Verbundkörpers gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
1 zeigt verschiedene bekannte Verbundkörper und implizit deren Herstellungsverfahren. 1a zeigt die vakuumdichte Durchführung eines Drahts 10 durch eine Glaswand 15. Hier wird der Draht vorbeglast, angedeutet durch die gestrichelte Kontur 16. Danach wird er in ein Glasrohrende (1a) oder in eine Glasplatte (1b) eingeschmolzen. Glas und Metall werden dabei so gewählt, daß sie einen möglichst ähnlichen Verlauf ihres thermischen Ausdehnungskoeffizienten vom Schmelzpunkt bis hin zur Abkühlung haben (”Vollanpassung”). Wenn jedoch diese Vollanpassung nicht möglich ist, können Spannungsrisse im Glas oder eine Ablösung des Drahts vom Glas auftreten. Wenn für eine direkte Einschmelzung des Metalls in das Glas die Fehlanpassung zwischen beiden zu groß ist, kann, wie in 1c gezeigt, die Spannung stufenweise durch Zwischengläser 17a bis 17c und/oder durch eine Kuppelgeometrie 17d aufgefangen werden.
1d zeigt die sogenannte ”Schneidanglasung”, 1e die ”Folienquetschung”. Hier ist jeweils der Metallpartner 11, 13 so dünn, daß er die gegebenenfalls auftre tenden Verformungen auffangen kann, so daß keine gefährlichen Spannungen im Glas auftreten.
1f zeigt das Prinzip der ”Druckanglasung”. Draht 10 und Metallplatte 12 haben einen etwas höheren Ausdehnungskoeffizienten als das Einschmelzglas 15. Im Glasteil 15 treten jedoch keine Spannungsrisse auf, weil nach dem Einschmelzen das Metall 12 auf das Glas 15 aufschrumpft und dadurch eine Druckspannung erzeugt.
1g zeigt eine Ausführungsform, bei der eine metallische Kappe 11 mittels eines Epoxyklebers 18 auf ein Glasrohr 15 aufgeklebt ist.
1h zeigt die Verbindung zweier Glasteile 15, 14 mittels Indium 19.
Die in 1 gezeigten Verbundkörper haben einen oder mehrere der folgenden Nachteile:

– Die klassischen Einschmelzmetalle Wolfram, Molybdän, Eisen/Nickel-Legierungen, Eisen/Kobalt/Nickel-Legierungen und Kupfer-Mantel-Drähte sind relativ teuer, da sie sehr fehlerfrei gezogen und mit speziellen Oberflächenbehandlungen versehen sein müssen, damit die Haftung Glas/Metall gelingt.
– Man ist auf Gläser angewiesen, die z. B. hinsichtlich ihrer Dehnungseigenschaften möglichst genau auf die Einschmelzmetalle angepaßt sind. Die Glaswahl ist dadurch eingeengt.
– Die Verwendung von Zwischengläsern (1c) erfordert oft glasbläserische Handarbeit und ist ansonsten aufwendig.
– Die Herstellung von dünnen, tiefgezogenen Teilen (1d) oder die Verwendung von Stift/Folie/Stift (1e) ist teuer.
– Indiumhaltige Lote (1h) sind teuer und nicht temperaturbeständig.
– Legierungen aus Eisen/Kobalt/Nickel haben einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand.
– Klebungen (1g) sind nicht langzeitbeständig und wasserdurchlässig.

Aus der DE 21500923 ist ein Verfahren zum Verbinden von Glas oder Keramik mit Metallen bekannt. Als Metall wird eine aluminiumhaltige Kupferlegierung mit einer aluminiumoxidhaltigen Oberflächenschicht verwendet. Nachteil dieses Ansatzes ist die geringe Duktilität und damit schlechte Temperaturwechselbeständigkeit sowie der wegen des Aluminiumoxids unzureichende Verbund zwischen Glas und Metall.
Aus der DE 201 8752 A ist ein Verfahren zum gasdichten erbinden von Metall- und Glasflächen bekannt. Das Verfahren arbeitet in Temperaturbereichen unterhalb des Schmelzpunktes des Metalls und preßt die zu verbindenden Flächen unter hohem Druck gegeneinander. Nachteil des Verfahrens ist es, daß es zu unzureichenden Verbindungsergebnissen führt und nur bei vergleichsweise einfachen Geometrien anwendbar ist. Die Temperaturwechselbeständigkeit ist gering.
Aus der DE 3827318 A1 ist eine Dichtung zwischen keramischen und metallischen Gegenständen bekannt. Hier wird ein Verbund-Dichtelement aus Metall mit Aluminium als Hauptbestandteil mit einem Überzug aus einem anderen Metall versehen. Das Metall wird dann mit den übrigen Komponenten in Kontakt gebracht und über den Schmelzpunkt erhitzt. Nachteil ist die umständliche Herstellung, die mangelnde Formflexibilität und die geringe Duktilität an der Grenzfläche, was zu verschlechterter Temperaturwechselbeständigkeit führt.
Die DE 1050966 B beschreibt ein Verfahren zum vakuumdichten Verbinden von Glas- mit Glas- oder Metallteilen mit Hilfe von Aluminium. Unter hohem Druck werden die zu verbindenden Teile mit Aluminium, das nicht über den Schmelzpunkt erhitzt wird, miteinander verbunden, wobei angenommen wird, dass Aluminium in das Glas diffundiert.
Die DE 60115354 T2 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer verbundenen Bauteileanordnung. Demnach werden Glas-, Metall- oder Keramikteile in einem Bad geschmolzenen Aluminiums miteinander verbunden.
Aus der DE 20 36 201 A ist ein hermetisch dichter Anschluß bekannt. Eine Fassung aus einer Aluminiumlegierung weist eine sie durchsetzende Öffnung auf, die mit ihren Seitenwandungen einen darin eingeschmolzenen Glasisolator eng anliegend und unter Druckspannung umschließt. In den Isolator ist ein elektrischer Kontakt eingeschmolzen, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient auf denjenigen des Isolators abgestimmt ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen eine Blitzlampe bildenden Verbundkörper anzugeben, der eine feste, dauerbeständige, temperaturwechselbeständige und vakuumdichte Verbindung aufweist und der preisgünstig herstellbar ist. Außerdem wird ein Herstellungsverfahren für den Verbundkörper der Blitzlampe angegeben, mit dem ein Verbundkörper mit den obigen Eigenschaften hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Abhängige Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
Ein Verbundkörper im Sinne der Erfindung weist ein durch ein Glasrohr gebildetes erstes Nutzteil und eine Verbindung auf. Die Verbindung ist als Pfropfen im Ende des Glasrohrs ausgebildet. Die Verbindung weist Aluminium einer Reinheit größer 99 Gew.-% auf. Die Verbindung ist an die Innenwand des Glasrohrs angeschmolzen.
Aluminium hat sich als ein Metall herausgestellt, dessen Oxid sich in bestimmten Temperaturbereichen in Gläsern, insbesondere Silicatgläsern löst und so zu einer innigen mechanischen Verbindung führt. Diese Löslichkeit der Oxide in Silicatgläsern findet man auch für andere Metalle (Mg, Zn, Cd, In, Tl, Sn, Pb, Sb, Bi, Mn). Ihnen gegenüber hat Aluminium aber Vorteile dahingehend, daß es auch in hoher Reinheit preisgünstig ist, Elektrizität und Wärme sehr gut leitet, sehr duktil ist, besonders gut auf Silicatgläsern haftet (Weichgläser, Hartgläser wie Borosili cat und Alumosilicatgläser, Quarzglas), beim Schmelzpunkt einen sehr niedrigen Dampfdruck hat, passivierend ist, auf allen technischen Metallen gut haftet, ungiftig ist, einen günstigen Temperaturbearbeitungsbereich hat und direkt mit Weichlot benetzbar ist.
Aus den genannten Gründen ist es wünschenswert, als Material für eine Verbindung an einem Verbundkörper Aluminium in vergleichsweise reiner Form zu verwenden, obwohl es im Vergleich zu Gläsern, insbesondere Silicatgläsern, einen vergleichsweise hohen Ausdehnungskoeffizienten hat (26·10^–6/°C für Aluminium, 9·10^–6/°C für Weichgläser, 4·10^–6/°C für Hartgläser, 0,5·10^–6/°C für Quarzglas). Es hat sich herausgestellt, daß die deutlich unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zu einem großen Teil durch die Duktilität des Aluminiums aufgefangen werden können. Die Duktilität des Aluminiums bleibt aber in der nötigen Größenordnung nur dann erhalten, wenn das Aluminium vergleichsweise rein ist, also praktisch unlegiert vorliegt, was auch das Vorsehen eines Oberflächen-Überzugs insbesondere im Zuge der Verarbeitung ausschließen kann. Der Aluminium-Anteil im Verbindungsmaterial liegt vorzugsweise über 99 Gew.-%, weiter vorzugsweise über 99,9 Gew.-%.
Es hat sich weiter herausgestellt, daß das vorherige Vorhandensein von Aluminiumoxid auf der Oberfläche des Verbindungsmaterials vor der Verarbeitung den innig-flächigen Kontakt zwischen dem Aluminium der Verbindung 20 und dem Glas des Nutzteils 15 verhindert, so daß der Verbund möglicherweise mechanisch fest und evtl. auch gasdicht (diffusionsverhindernd), aber nicht mehr zuverlässig langfristig vakuumdicht (diffusions- und druckausgleichsverhindernd) wäre.
Erfindungsgemäß wird deshalb beim Herstellungsverfahren des Verbundkörpers so vorgegangen, daß eine mögliche Aluminiumoxid-Schicht auf dem Aluminium der Verbindung 20 entfernt wird, bevor es mit dem Glas 15 des Nutzteils in Verbindung gebracht wird, und dann das über den Schmelzpunkt erhitzte Aluminium der Verbindung 20 mit seiner so von Oxiden gereinigten Oberfläche mit dem Glas in Verbindung gebracht wird. Dort kann das Aluminium mit den Bestandteilen des Glases reagieren, insbesondere indem SiO₂ des Glases reduziert wird und der so frei werdende Sauerstoff sich mit Aluminium zu Al₂O₃ verbindet. Das so entstandene Oxid kann dann wie oben erwähnt in das Glas diffundieren und zum innigen Verbund beitragen. Gegebenenfalls können Prozeßparameter so eingestellt werden, daß die beschriebene Art der Oxidbildung und der Oxiddiffusion begünstigt werden. Gegebenenfalls können weitere, weiter unten beschriebene Maßnahmen getroffen werden. Insbesondere können mehrere oder alle der oben genannten Verfahrensschritte in einer Schutzgasatmosphäre oder im Vakuum erfolgen.
Bezug nehmend auf die Zeichnungen werden nachfolgend einzelne Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, es zeigen
1a bis 1h bekannte Verbundkörper,
2 einen Verbundkörper gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
3 Verbundkörper mit zwei Nutzteilen,
4a bis 4c Verbundkörper für höhere thermische Wechsellasten,
5a bis 5c Verbundkörper mit einem Hilfskörper oder einem zweiten Nutzteil,
6 eine weitere Ausführungsform,
7a bis 7c eine Ausführungsform eines Endbereichs eines rohrförmigen Verbundkörpers, und
8 eine Ausführungsform einer Gasentladungslampe bzw. einer Blitzlampe.
2 zeigt eine Ausführungsform des Verbundkörpers. Der Verbundkörper weist ein erstes Nutzteil 15 und eine Verbindung 20 auf. Das erste Nutzteil 15 ist aus Glas. Es kann sich beispielsweise um ein Glasrohr handeln. Es kann am einen (nicht gezeigten) Ende zugeschmolzen sein. Am anderen (gezeigten) Ende ist es mit der Verbindung 20 verschlossen. Die Verbindung 20 ist an das erste Nutzteil 15 angeschmolzen. Die Verbindung weist Aluminium auf. Das Aluminium liegt in einer Reinheit vom mindestens 99 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 99,9 Gew.-%, vor. Es weist insoweit vorzugsweise keine metallischen Einlegierungen oder Beimengungen auf. Vorzugsweise weist es auch während der Verarbeitung keinen Oberflächenüberzug (z. B. zum Schutz vor Oxidation) auf. Vorzugsweise liegt die Verbindung vakuumdicht am ersten Nutzteil 15 an. Das nicht gezeigte Ende des Rohrs kann ebenfalls in erfindungsgemäßer Weise ausgebildet sein.
Der Verbundkörper ist vakuumdicht. In seinem Inneren ist er unter geringem Druck mit einem Edelgas gefüllt. Das Röhrchen kann an nur einem oder an beiden Enden erfindungsgemäß ausgebildet sein.
Typische Abmessungen für ein in 2 gezeigtes Glasröhrchen sind ein Außendurchmesser von ca. 4 mm +/– 3 mm, vorzugsweise 2,5 mm +/– 1 mm, und eine Länge von 20 bis 30 mm. Die Erstreckung der Verbindung in axialer Richtung des Röhrchens kann das 1,2-fache des Innendurchmessers +/– 40%, vorzugsweise +/– 10% betragen.
Die Verbindung 20 wird an das erste Nutzteil 15 aus Glas angeschmolzen. Das Material der Verbindung 20 wird hierzu wie gewünscht, mit dem ersten Nutzteil 15 in Berührung gebracht und über seinen Schmelzpunkt erhitzt. Nach dem Verfließen des Materials der Verbindung und insbesondere nach seiner Anlagerung an den Wänden des Nutzteils wird die gesamte Anordnung wieder abgekühlt.
Vorzugsweise werden die Prozeßparameter so eingestellt, daß Aluminiumoxid sich bildet und in das Glas eindiffundieren kann, so daß eine innige Verbindung entsteht. Insbesondere werden die Prozeßtemperaturen so gewählt, daß das Aluminium der Verbindung 20 schmilzt, aber das Glas des ersten Nutzteils 15 noch nicht erweicht. Innerhalb dieses Temperaturbereichs kann die Temperatur im Hinblick auf das verbesserte bzw. optimale Eindiffundieren des Aluminiumoxids in das Glas 15 gewählt werden.
Die Verbindung 20 dient also dem Verschließen einer Öffnung des ersten Nutzteils.
Das Herstellen der Verbindung erfolgt vorzugsweise so, daß das Material der Verbindung in fester Form räumlich in den Bereich des ersten Nutzteils gebracht wird, in dem später die Verbindung gebildet werden soll. Dann wird das Verbindungsmaterial zusammen mit dem einen oder den mehreren Nutzteilen erwärmt, bis zumindest das Aluminium verflüssigt. Es geht dann die oben beschriebene innige Verbindung mit dem Glas ein. Danach wird der Verbundkörper wieder abgekühlt, so daß das Verbindungsmaterial und insbesondere das Aluminium wieder fest wird.
Vorzugsweise wird die Verbindung im Vakuum oder unter Schutzgas hergestellt. Weiter vorzugsweise wird dafür Sorge getragen, daß das Aluminium an seiner Oberfläche in reiner Form und insbesondere gering oxidiert (weniger als 10% der natürlichen Passivierung) oder nichtoxidiert (weniger als 0,5% der natürlichen Passivierung) vorliegt, bevor die Verbindung hergestellt wird. In Anwesenheit von Sauerstoff oxidiert (passiviert) Aluminium, und die entstehende Oxidschicht kann zu dick sein, um den oben beschriebenen Diffusionsmechanismus zu erlauben. Bei reinem Aluminium an der Oberfläche des Verbindungsmaterials gelangt dieses Aluminium in flüssiger Form mit dem Glas, insbesondere Silicatglas, in Berührung, reduziert dessen Oxide und oxidiert dadurch selbst, so daß das so entstandene Aluminiumoxid dann in das Glas eindiffundieren kann.
Sofern Schutzgas verwendet wird, kann dieses Schutzgas ein Gas sein, mit dem der entstehende Verbundkörper gefüllt werden soll. Insbesondere kann das Schutzgas Xenon aufweisen.
Die 3 zeigt eine Ausführungsform, in der der entstehende Verbundkörper zwei Nutzteile 15 und 10 aufweist. 15 ist das erste Nutzteil aus Glas, 10 ein zweites Nutzteil, in diesem Fall aus Metall, beispielsweise ein Draht, der als Elektrode dienen kann. Prinzipiell kann für den Draht ein beliebiges Metall gewählt werden, insbesondere Kupfer. 3 zeigt einen Verbundkörper, bei dem das erste Nutzteil 15 ein Glasröhrchen ist (mit Dimensionen, z. B. wie oben genannt).
Die 4a bis 4c zeigen Ausführungsformen für höhere thermische Wechsellasten. Sie eignen sich für thermische Wechsellasten im Gebrauch des Formkörpers bis zu 150°C. Die Ausführungsformen in 4a bis 4c weisen jeweils in dem Be reich, in dem das erste Nutzteil 15 aus Glas die Verbindung 20 berührt, eine Verstärkung und/oder verrundete Kanten 15a auf. Vorzugsweise ist beim Verschluß einer Öffnung gemäß 4a und 4c der Durchmesser b der Kantenverstärkung größer gewählt als der Durchmesser d der zu verschließenden Öffnung. 4b zeigt den Fall, daß ein metallischer Stift bzw. ein Draht ein zweites Nutzteil 10 des Verbundkörpers bildet. 4c zeigt eine Elektrode 41, die im Inneren des Röhrchens an die Verbindung 20 angeschmolzen ist. Bei der Elektrode 41 kann es sich um einen Sinterkörper handeln. 42 bezeichnet ein Lot, vorzugsweise Weichlot, das die Außenseite der Verbindung 20 ganz oder teilweise überdeckt. Das Weichlot kann, wie gezeigt, das Rohrende nach unten überragen. Die Verbindung kann das Rohrende nach unten überragen oder bündig damit sein oder kann, wie in 1 oder 4c gezeigt, dahinter zurückbleiben.
5a bis 5c zeigen Ausführungsformen, die sich für hohe thermische Wechsellasten während des Betriebs des Verbundkörpers eignen. Beispielhaft werden hier zusammen mit der wie oben beschrieben beschaffenen Verbindung 20 Hilfskörper 51, 52 oder zweite Nutzteile 55 zum Verschließen einer Öffnung verwendet, wobei die Hilfskörper 51, 52 bzw. das zweite Nutzteil 55 einen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, der kleiner als der von Aluminium und vorzugsweise in etwa gleich dem des ersten Nutzteils 15 ist (Abweichung kleiner 50%). Der Hilfskörper 51, 52 wird dann in bzw. über die zu verschließende Öffnung des ersten Nutzteils 15 gelegt. Anschließend wird abermals eine Verbindung 20 zwischen erstem Nutzteil 15 und Hilfskörper 51, 52 bzw. zweitem Nutzteil 55 hergestellt. Der Hilfskörper 51, 52 bzw. das zweite Nutzteil 55 können vorab mit einem Metall 56, insbesondere Aluminium bzw. dem Verbindungsmaterial überzogen werden. Dieses Überziehen kann so erfolgen, wie das Herstellen des erfindungsgemäßen Verbunds zwischen Verbindung und Nutzteil beschrieben wurde. Der Hilfskörper 51, 52 bzw. das zweite Nutzteil 55 können aus Glas bzw. aus dem gleichen Material bestehen wie das erste Nutzteil 15 und können einen gleichen oder kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als dieses haben. Selbst bei hohen Temperaturunterschieden im Betrieb ergeben sich aufgrund der vergleichsweise kleinen Abmessungen der Verbindungsquerschnitte nur geringe Spannungen, die durch die Duktilität des Aluminiums aufgefangen werden können. 5b zeigt eine Ausführungsform, bei der auf der Innenseite des Hilfskörpers 52 ein metallisches Bauteil 53 angebracht ist. Es kann über die Verbindung 20 außen kontaktiert werden, da die Verbindung 20 von der Innenseite bis zur Außenseite des ersten Nutzteils reicht.
5c zeigt eine Ausführungsform, bei der die Öffnung des ersten Nutzteils 15, hier ein Glasrohr mit vorzugsweise Dimensionen wie weiter oben erwähnt, im wesentlichen durch ein zweites Nutzteil 59 eingenommen wird, das unmittelbar als Elektrode dienen kann. Das zweite Nutzteil 59 kann ein metallischer Sinterkörper sein, der porös sein kann. An seiner der Rohröffnung zugewandten Seite (in 5c unten) ist der Sinterkörper vollständig von Aluminium überzogen. Der Ausdehnungskoeffizient des zweiten Nutzteils 59 ist kleiner als der von Aluminium. Das zweite Nutzteil 59 wird von der Aluminiumschicht 20 am Ende des Glasrohrs mechanisch gehalten, abgedichtet und elektrisch kontaktiert.
Vorzugsweise überragt das als Verbindung 20 dienende Aluminium die Schnittfläche des Rohrs. In 5c ragt also die Verbindung 20 weiter nach unten als die unterste Kante des Glasrohrs. Die Verbindung 20 kann so ausgelegt sein, daß sie nicht nur die Innenwand 15a des ersten Nutzteils 15 abdeckt, sondern auch die Stirnfläche 15b. Das Aluminium bzw. die Verbindung 20 muß dabei das zweite Nutzteil 59 nicht über die gesamte Erstreckung in das Rohr hinein abdecken. Die Verbindung 20 kann es, ausgehend vom offenen Ende, beispielsweise um weniger als die Hälfte der Erstreckung in das Rohr hinein, vorzugsweise weniger als ein Drittel dieser Erstreckung, abdecken.
Bei dieser Ausführungsform kann die Verbindungsschicht 20 vergleichsweise dünn gewählt werden, da sie im Bereich der Öffnung des Rohrs 15 lediglich die Aufgabe hat, den porösen zweiten Nutzkörper 59 vakuumdicht zu verschließen. Die mechanische Stabilität des Aufbaus ist durch den stabilen zweiten Nutzkörper 59 selbst gewährleistet, der im wesentlichen die Verbindungsschicht 20 stützt. Die Verbindung 20 kann dann auch als elektrische Kontaktierung für das zweite Nutzteil 59 dienen.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform. Das erste Nutzteil 15 ist ein Röhrchen, das an einem Ende mit der Verbindung 20 verschlossen ist. Die Verbindung 20 kann innen und/oder außen Materialvariationen aufweisen. Gezeigt ist eine Ausführungsform, bei der außen an der Verbindung 20 eine Lotschicht 71 angebracht ist. Es kann sich beispielsweise um ein Zinn-Blei-Lot handeln. Die Schicht kann nachträglich nach dem Bilden der Verbindung 20 aufgebracht sein. In der Regel wird sie dann eine diskrete, unterscheidbare Schicht sein. Innen ist eine als Kathode dienende Schicht 72 gezeigt. Sie kann Cäsium und/oder Barium und/oder deren Oxide aufweisen. Die Schicht 72 ist nachträglich aufgebracht bzw. aufgeschmolzen und ist dann ebenfalls diskret und von der Verbindung 20 unterscheidbar vorhanden.
Die Verbindung kann an der außen liegenden Seite eine metallische Beschichtung aufweisen, insbesondere mit einem oder mehreren der Elemente Zinn, Silber, Kupfer, Zink, Cadmium, Blei oder mit Legierungen eines oder mehrerer dieser Elemente. Die Beschichtung kann insbesondere vorgesehen sein, um die Außenseite weichlötfähig zu machen.
Die 7a bis 7c zeigen ebenfalls Ausführungsformen, die für hohe thermische Wechsellasten besonders geeignet sind. Der Verbundkörper ist im wesentlichen ein Glasrohr 15 mit optionalen Hauptabmessungen, wie sie weiter oben genannt wurden. Die Brennlänge der Blitzlampe (Weite zwischen den Elektroden) kann im Bereich über 12, vorzugsweise über 17 mm und/oder unter 30, vorzugsweise unter 25 mm liegen. Das Glasrohr weist einen freien Bereich 82 auf, in dem sich im wesentlichen die elektrisch-physikalischen Prozesse abspielen, die die Leuchtwirkung herbeiführen. Der freie Bereich 82 erstreckt sich somit im wesentlichen über die Brennlänge des Glasrohrs und kann gegebenenfalls noch die Elektrodenlängen ganz oder teilweise mit einschließen. Das Glasrohr 15 weist außerdem einen Verschlußbereich 81 auf, in dem das Glasrohr durch die Verbindung 20 vakuumdicht verschlossen ist. Wenngleich 7a nur ein Ende des Glasrohrs zeigt, kann das andere Ende ebenso ausgebildet sein.
Im Verschlußbereich 81 des Glasrohrs kann zumindest bereichsweise die Querschnittsform anders als im freien Bereich 82 sein. Insbesondere kann der Querschnitt flachgedrückt sein. Ein Querschnitt (gemäß 7b) kann so sein, daß eine Querschnittsabmessung DV höchstens 1 mm, vorzugsweise höchsten 0,3 mm, weiter vorzugsweise höchstens 0,1 mm, aufweist. Die Abflachung kann soweit gehen, daß die genannte Querschnittsabmessung DV nicht mehr als 30 μm oder sogar nicht mehr als 10 μm mißt. Dadurch wird das mit der Verbindung 20 zu verfüllen de Volumen vergleichsweise klein, so daß auch thermische Ausdehnungen wenig spürbar sind. Das zweite Nutzteil 59 kann so wie Bezug nehmend auf die 4c oder 5c beschrieben angebracht bzw. elektrisch angebunden werden. Das zweite Nutzteil 59 befindet sich im wesentlichen im freien Bereich 82 des Rohrs 15. Die Verbindung 20 füllt das verbleibende Restvolumen im Verschlußbereich insbesondere bis hin zum Rohrende vorzugsweise vollständig aus, so daß die Verbindung 20 auch zur elektrischen Ankopplung nach außen dienen kann.
Die Abmessung DV der Verbindung im Verschlußbereich 81 kann kleiner als 10%, vorzugsweise kleiner als 3%, weiter vorzugsweise kleiner als 1% der Querschnittsabmessung DK durch den gesamten Körper an der gleichen Stelle sein.
7c zeigt einen weiteren Querschnitt durch den Aufbau der 7a. Der Schnitt der 7c läuft senkrecht durch die Zeichenebene der 7a und senkrecht zum Schnitt der 7b. Die Breite der Verbindung BV ist in dieser Schnittebene breiter als der Innendurchmesser DI des Rohrs 15 im freien Bereich 82. Wählt man eine solche Ausführungsform zusammen mit der gemäß 7a und 7b, läßt sich die Verdünnung der Verbindung in einfacher Weise durch Flachdrücken des Endbereichs des Rohrs 15 zusammen mit der Verbindung 20 erreichen.
Ganz allgemein kann ein Verbundkörper gemäß einer der 7a bis 7c durch eine mechanische Verformung des Verbundkörpers erhalten werden, nachdem die Verbindung 20 eingebracht wurde. Beispielsweise kann der Aufbau bis über den Erweichungspunkt des Glases des Rohrs 15 erwärmt und dann flachgedrückt werden. Man erhält dann Ausführungsformen gemäß den 7b und 7c.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform. Hier können die Verschlußbereiche 81a und 81b an den beiden Enden des Glasrohrs 15 in gleicher Weise ausgeführt sein. Die 8 zeigt eine Ausführungsform, bei der die verschlossenen Enden abgewinkelt sind. Die Längsachse 93 des Glasrohrs 15 schließt mit der Achse (beziehungsweise bei gekrümmten Ausführungsformen der Tangente am Ende des Rohrs) 94a bzw. 94b einen Winkel μ ein, der im Bereich zwischen 45 und 135°, vorzugsweise 80 bis 100°, liegen kann. μ kann im wesentlichen ein rechter Winkel sein. Der Verschlußbereich 81a kann, muß aber nicht, wie anhand der 7a–c beschrieben, ausgeführt sein.
Vorzugsweise verfüllt die Verbindung 20 das Rohr bis zu dessen freiem Ende (in der Figur unten), so daß sie als elektrische Verbindung dienen kann. Die Ankopplung der Elektrode im Inneren des Glasrohrs 15 kann elektrisch und mechanisch so wie Bezug nehmend auf die 5c beschrieben erfolgen. Die Elektroden 59a und 59b können als metallischer Sinterkörper (gemäß 5c) aufgebaut sein.
Die abgewinkelten Bereiche 96 haben vorzugsweise eine Querschnittsform wie in 7b dargestellt, die Dimension DV liegt in der Zeichenebene der 8, die Dimension BV senkrecht zur Zeichenebene.
Die Länge der abgewinkelten Bereiche 96a und 96b ist vorzugsweise so bemessen, daß der gerade Bereich 97 des Rohrs 15 eine Höhe H über der Leiterplatte 98 hat, so daß ein Reflektor 95 darunterpaßt und ggf. auch eine seitliche Erstreckung (aus der Zeicheneben heraus) haben kann.
Mit dem in 8 gezeigten Aufbau ist der als Leuchtmittel, insbesondere Gasentladungsröhre bzw. Blitzlampe, ausgebildete Verbundkörper zur direkten Montage auf einer Leiterplatte 98 geeignet. Das Leuchtmittel ist damit als SMD (surface mounted device) ausgebildet. Die Stirnflächen können ähnlich wie in 4c oder 6 eine Lotschicht (z. B. Zinn-Blei-Lot) aufweisen. Die Abwinkelung kann erfolgen, wenn auch beispielsweise eine Querschnittsform nach 7b hergestellt wird. Es kann dabei so vorgegangen werden, daß zunächst langsam eine Abwinkelung herbeigeführt und dann die Abflachung bewirkt wird. Wenn die Abflachung durch Zusammenquetschung des Rohrs 15 am Ende hergestellt wird, kann es dabei Verbindungsmittel 20 aus dem freien Ende herausdrücken. Dies kann abgetragen oder über die Stirnfläche des Rohrendes verteilt werden.
Die Bezug nehmend auf die 2 bis 7 beschriebenen Merkmale können miteinander kombiniert werden. Die Erfindung eignet sich insbesondere für Formkörper, die Teil einer Gasentladungsröhre, einer Elektronenröhre oder eines Leuchtmittels bilden. Bei Gasentladungsröhren waren insbesondere Blitzlampen zu nennen. Es handelt sich hier in der Regel um mit einem Edelgas gefüllte Röhrchen, die vaku umdicht verschlossen sind. Sie weisen zwei Elektroden auf, die jeweils in vakuumdichter Weise die Glasgehäusewand durchdringen müssen. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß ganz allgemein die Verbindung 20 insbesondere ohne ein zweites Nutzteil innen als Elektrode und/oder außen als elektrischer Anschluß dienen kann (siehe 2, 4a und andere). Die elektrische Leitfähigkeit des Aluminiums ist so groß, daß eine elektrische Verbindung mit hinreichend geringen Verlusten vom Inneren zum Äußeren über die Verbindung 20 allein erfolgen kann. Zusätzliche Elektroden 10 werden gegebenenfalls nach Maßgabe weiterer Gesichtspunkte gewählt.

Claims

Verbundkörper mit einem ersten Nutzteil (15) aus Glas und einer mechanischen Verbindung (20), wobei der Verbundkörper eine Blitzlampe ist und wobei das erste Nutzteil ein Glasrohr ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (20) • unmittelbar an die Innenwand des Glasrohrs angeschmolzen ist, • mindestens 99 Gew.-% Aluminium aufweist, und • eine Öffnung an einem Ende des Glasrohrs verschließt.
Verbundkörper nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zweites Nutzteil (10, 14, 55) aus Metall oder Glas, wobei die Verbindung (20) die beiden Nutzteile (10, 14, 15, 55) verbindet.
Verbundkörper nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Nutzteil (15) dort, wo es die Verbindung (20) berührt, zumindest bereichsweise verrundete Kanten (15a) aufweist.
Verbundkörper nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Nutzteil (15) dort, wo es die Verbindung (20) berührt, zumindest bereichsweise Materialverstärkungen (15a) aufweist.
Verbundkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Öffnung ein Hilfsteil (51) aus einem Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten kleiner als der von Aluminium befindet, vorzugsweise Glas, das mittels der Verbindung (20) mit dem ersten Nutzteil (15) verbunden ist.
Verbundkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Öffnung ein zweites, als innere Elektrode dienendes Nutzteil (59) mit einem metallischen Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten kleiner als der von Aluminium befindet, vorzugsweise ein Sinterkörper, das mittels der Verbindung (20) mit dem ersten Nutzteil (15) verbunden ist.
Verbundkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein unbedeckter Flächenteil des zweiten Nutzteils (59) in das Innere des Verbundkörpers ragt, während die nach außen ragende Fläche des zweiten Nutzteils (59) von der Verbindung (20) überzogen ist.
Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Gehäuses eine Elektrode (41, 53, 54 72) vorgesehen ist, die mit der Verbindung (20) elektrisch verbunden ist.
Verbundkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode von der Verbindung (20) mechanisch gehalten wird.
Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Nutzteil (10, 14, 55) ein metallischer Draht (10) ist, der sich vom Inneren zum Äußeren des Gehäuses erstreckt.
Verbundkörper nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas ein oxidisches Glas, insbesondere Hartglas oder Quarzglas aufweist.
Verbundkörper nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweichungstemperatur des Glases über der Schmelztemperatur der Verbindung (20) liegt.
Verbundkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Nutzteil (10, 14, 55) ein vorzugsweise zylindrischer und zumindest teilweise mit Aluminium überzogener Glaskörper (55) ist, der teilweise in einer Öffnung des ersten Nutzteils (15) steckt und teilweise aus ihr herausragt.
Verbundkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Nutzteil (10, 14, 55) ein metallisches Teil vorzugsweise aus Molybdän und/oder Wolfram aufweist, das im Inneren des Rohrs in der Verbindung (20) steckt, sowie einen Draht (10), der von der Außenseite her in der Verbindung (20) steckt.
Verbundkörper nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die innere Oberfläche (72) der Verbindung (20) Cäsium und/oder Barium und/oder deren Oxide aufgebracht ist.
Verbundkörper nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die äußere Oberfläche der Verbindung (20) eine Lotschicht (71) aufgebracht ist.
Verbundkörper nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der auf 100% fehlende Anteil der Verbindung Silizium und/oder Magnesium und/oder Mangan und/oder Calcium aufweist.
Verbundkörper nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung an der außen liegenden Seite eine metallische Beschichtung aufweist, insbesondere mit einem oder mehreren der Elemente Zinn, Silber, Kupfer, Zink, Cadmium, Blei oder mit Legierungen dieser Elemente.
Verbundkörper nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Glasrohr in einem Bereich (81) seines Verschlusses durch die Verbindung (20) zumindest bereichsweise eine andere Querschnittsform hat als im freien Bereich (82).
Verbundkörper nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Ende des Rohrs abgewinkelt geformt ist.
Verbundkörper nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwinkelung einen Winkel (μ) im Bereich zwischen 45° und 135°, vorzugsweise zwischen 80° und 100° einschließt.
Verbundkörper nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (20) als äußerer elektrischer, vorzugsweise lötbarer Anschluß dient.
Verbundkörper nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (20) zu keinem Zeitpunkt einen dem Oxidationsschutz dienenden Überzug insbesondere aus einem andern Metall aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines eine Blitzlampe bildenden Verbundkörpers nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, mit den Schritten Bereitstellen eines Glasrohrs, und Anbringen einer Verbindung am Glasrohr, wobei die Verbindung Aluminium enthält, dadurch gekennzeichnet, daß – die Verbindung mindestens 99 Gew.-% Aluminium aufweist und über ihren Schmelzpunkt erwärmt und unmittelbar an die Innenwand des Glasrohrs angeschmolzen wird, – die Verbindung vor dem Anschmelzen an das Glasrohr von Oxidkomponenten gereinigt wird, und – mit der Verbindung eine Öffnung an einem Ende des Glasrohrs verschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Herstellen der Verbindung das Glasrohr dort, wo es die Verbindung berührt, zumindest bereichsweise verrundet wird, insbesondere durch Anschmelzen des Nutzteils.
Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Anbringen der Verbindung am Glasrohr dort, wo es die Verbindung berührt, zumindest bereichsweise eine Materialverstärkung gebildet wird, insbesondere durch Anschmelzen des Nutzteils.
Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß in der Öffnung ein Hilfsteil aus einem Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten kleiner als der von Aluminium, vorzugsweise Glas, positioniert und dann mittels der Verbindung mit dem Glasrohr verbunden wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschmelzen der Verbindung an das Glasrohr in Abwesenheit von Sauerstoff erfolgt, vorzugsweise unter Schutzgas oder im Vakuum.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzgas ein Gas verwendet wird, mit dem der verschlossene Verbundkörper gefüllt werden soll.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschmelzen der Verbindung an das Glasrohr bei einer Temperatur erfolgt, bei der die Verbindung geschmolzen ist, bei der das Glas nicht erweicht.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 29 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß beim Herstellen der mechanischen Verbindung das Verbindungsmaterial und das Glasrohr gemeinsam allmählich erwärmt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Glasrohrs flachgedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Flachdrücken nach dem Anbringen der Verbindung erfolgt, wobei vor dem Flachdrücken das Glas über dessen Erweichungspunkt erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrende abgewinkelt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung auf mindestens 700°C erwärmt wird, bevor sie an das Glasrohr angeschmolzen wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung der Verbindung und deren Reinigung von Oxiden unter Schutzgas erfolgt.